[发明专利]一种清除磁性隧道结硬掩模刻蚀之后形成的聚合物的方法

说明书

本发明提供了一种清除磁性隧道结硬掩模刻蚀之后形成的聚合物的方法，包括如下步骤：步骤1：提供包括磁性隧道结多层膜的衬底；步骤2：在衬底上沉积形成导电硬掩模单层结构或者形成导电硬掩模和牺牲掩模双层结构；步骤3：图形化磁性隧道结图案到导电硬掩模的顶部；步骤4：反应离子刻蚀导电硬掩模；步骤5：采用含氟元素的气体、含氧元素的气体或含氮元素的气体干法刻蚀去掉残留的含碳膜层和聚合物。本发明的有益效果：能够有效的去除在导电硬掩模刻蚀之后形成聚合物，提高了器件的良率，节约了制造成本，有利于MRAM电路得大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种清除聚合物的方法，具体涉及一种清除磁性隧道结(MTJ，Magnetic Tunnel Junction)硬掩模刻蚀之后形成的聚合物的方法，属于集成电路制造技术领域。

背景技术

近年来，采用磁性隧道结(MTJ)的磁电阻效应的磁性随机存储器(MRAM，MagneticRadom Access Memory)被人们认为是未来的固态非易失性记忆体，它具有高速读写、大容量以及低能耗的特点。铁磁性MTJ通常为三明治结构，其中有磁性记忆层，它可以改变磁化方向以记录不同的数据；位于中间的绝缘的隧道势垒层；磁性参考层，位于隧道势垒层的另一侧，它的磁化方向不变。

为能在这种磁电阻元件中记录信息，建议使用基于自旋动量转移或称自旋转移矩(STT，Spin Transfer Torque)转换技术的写方法，这样的MRAM称为STT-MRAM。根据磁极化方向的不同，STT-MRAM又分为面内STT-MRAM和垂直STT-MRAM(即pSTT-MRAM)，后者有更好的性能。依此方法，即可通过向磁电阻元件提供自旋极化电流来反转磁性记忆层的磁化强度方向。此外，随着磁性记忆层的体积的缩减，写或转换操作需注入的自旋极化电流也越小。因此，这种写方法可同时实现器件微型化和降低电流。

同时，鉴于减小MTJ元件尺寸时所需的切换电流也会减小，所以在尺度方面pSTT-MRAM可以很好的与最先进的技术节点相契合。因此，期望是将pSTT-MRAM元件做成极小尺寸，并具有非常好的均匀性，以及把对MTJ磁性的影响减至最小，所采用的制备方法还可实现高良莠率、高精确度、高可靠性、低能耗，以及保持适于数据良好保存的温度系数。同时，非易失性记忆体中写操作是基于阻态变化，从而需要控制由此引起的对MTJ记忆器件寿命的破坏与缩短。

然而，制备一个小型MTJ元件可能会增加MTJ电阻的波动，使得pSTT-MRAM的写电压或电流也会随之有较大的波动，这样会损伤MRAM的性能。在现在的MRAM制造工艺中，重金属或者重金属氮化物(比如Ta、Ti、W、TaN、TiN或者WN)会沉积在MTJ的顶部，既作为MTJ刻蚀用的硬掩模，也作为顶电极的导电通道，其被称为导电硬掩模；有时候，一层介电质(比如SiN、SiON或者SiO₂)会沉积在重金属或者重金属氮化物膜层的顶部，被用来作为刻蚀导电硬掩模的牺牲层。

在现有的导电硬掩模刻蚀工艺中，一般采用含氟元素或者氯元素的干刻蚀气体反应离子刻蚀(RIE，Reactive Ion Etching)导电硬掩模，这将会在导电硬掩模以及覆盖在导电硬掩模之上的掩模的周围生成一层聚合物。目前而言，一般采用含氧元素或者含氮元素的灰化工艺来对导电硬掩模刻蚀之后残留的含碳膜层以及生成的聚合物进行原位去除，然而这种方式只能去除残留的含碳膜层，不能有效的去除了生成的聚合物，如图1至图4所示。为了去除这种聚合物，美国专利(US7320942)公布了一种化学湿法去除聚合物的方法，比如：用HF、NH₄F、NH₄OH、H₂O₂等液体试剂来去除，然而，这会添加额外的生产机台和制造成本，同时也因为化学湿法刻蚀而引入其他的污染，这样会降低器件的良率。

发明内容

本发明提供一种清除磁性隧道结导电硬掩模刻蚀之后形成的聚合物的方法，采用含氟元素和氧元素(或者氮元素)的混合气体原位(in-situ)对聚合物进行干法刻蚀/清除。具体技术方案如下：